Kransteuerungen Per Funk werden tonnenschwere Lasten millimetergenau bewegt

Bei der Meyer-Werft in Papenburg sind Krane allgegenwärtig: In zwei Baudockhallen werden dort Luxus-Kreuzfahrtschiffe von 300 m Länge gebaut. In weiteren Hallen befinden sich modernste Stahlbauanlagen, Lager und Werkstätten. Computergesteuerte Logistik sorgt für minimale Lagerflächen, kürzeste Transportwege und eine Just-in-time-Versorgung der Produktionsstätten. Ein Großteil der Krane ist funkgesteuert.

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Die ineinandergreifenden Kransysteme sind neben verschiedensten Flurförderzeugen und Schwertransportern von zentraler Bedeutung bei der Meyer Werft. Rund 150 Hebezeuge – vom 1-t-Säulenschwenkkran bis zum 800-t-Portalkran mit 112 m Spannweite – sind im Einsatz und zum Teil so geschickt angeordnet, dass sie sich beim Zusammenfügen der vorgefertigten Schiffsteile ergänzen, aber nicht behindern (Bilder 1 und 3). Die Schiffe werden sektions- beziehungsweise blockweise hergestellt, passgenau zusammengefügt und anschließend verschweißt. Etwa 60 der dabei eingesetzten größeren Hebezeuge werden funkgesteuert.

Der Gewinn an Sicherheit und Flexibilität wird deutlich, wenn man die Handhabung der Brückenkrane mit normalem Hubwerk und Haken betrachtet. Während früher ein Kranführer in der Kabine die Motoren und Bremsen auf Zuruf des Anschlägers steuerte und nicht selten Kommunikationsprobleme zu Unfällen führten, wird heute überwiegend vom Boden aus ferngesteuert.

Der Kranführer ist gleichzeitig Anschläger und sieht aus nächster Nähe, wie der ferngesteuerte Haken und die Last auf seine Steuerbefehle reagieren. Um eine feinfühlige Platzierung zu gewährleisten, werden die meisten Hebezeugantriebe vierstufig gesteuert oder in besondern Anwendungsfällen über Proportionalsteuerungen stufenlos angesteuert.

Funksteuerung bedeutet einen Zugewinn an Sicherheit

Die größeren Portal- und Säulenschwenkkrane, die über eine Kranführerkabine verfügen, sind bis auf eine Ausnahme gleichzeitig mit einer Funkfernsteuerung ausgestattet, über die sie überwiegend gesteuert werden. Die kleineren Krane ohne Führerhaus verfügen über sogenannte Hängetableau-Steuerungen, die allerdings bei den häufig benutzten Hebezeugen nur als Notsteuerung dient, weil die Kabelsteuerung in vielen Fällen unpraktisch und auch unfallträchtig ist.

Die Steuerung per Funk bietet gerade bei diesen Hebezeugen mehr Flexibilität und erhöht wesentlich die Sicherheit der Benutzer. In den Hallen der Vorfertigung, wo die Stahlplatten zugeschnitten und zu überschaubaren Stahlbauteilen zusammengefügt werden, ist der Anteil an ferngesteuerten Kranen besonders hoch. Rund 30 Brücken- und Halbportalkrane zwischen 3 und 30 t Tragkraft sind hier mit Funkfernsteuerungen ausgestattet.

Die Steuerbefehle werden über die Bedienelemente des Senders gleichzeitig (parallel) an die Digitalelektronik übergeben, die sie in serielle Informationsblöcke umwandelt und durch Spezialcodes sicher verschlüsselt. Diese Signale werden zusammen mit einer nur einmal vergebenen Systemadresse als Informationstelegramm über einen Hochfrequenzkanal zum Empfänger übertragen. Die Digitalelektronik im Empfänger wertet die an ihn adressierten Datentelegramme aus und wandelt die seriellen Informationsblöcke in parallele Ausgabebefehle um.

An der Relaisschnittstelle stehen nun die je nach Anwendung verknüpften Kontakte zur Steuerung der Kranschütze zur Verfügung. Diese komplexe Sicherung und die Übertragung der Kommandos erfolgt bei modernen Funkfernsteuerungen sehr schnell. Die Reaktionszeit liegt bei rund 70 ms und macht sich am relativ trägen Kran nicht bemerkbar.

Kombination von Maßnahmen sorgt für Sicherheit

Ein Höchstmaß an Sicherheit erreicht Cattron-Theimeg durch eine Kombination mehrerer Maßnahmen. Die zyklische Codierung und hochredundante Übertragung (Hammingdistanz d=6, CRC16) sichern die Adress- und Steuerinformationen auf dem Funkweg ab. Diversitäre Redundanz von Hard- und Software sowie diverse Überwachungsglieder schützen gegen unbeabsichtigte Befehlsausgabe bei eventuellen Bauteildefekten.

Drei redundante Passiv-Not-Halt-Kreise sorgen spätestens 500 ms nach einer eventuellen Funkstörung dafür, dass alle Antriebe des Krans sofort zur sicheren Seite hin abgeschaltet werden. Bei Bedarf lassen sich weitere Sicherheitsmerkmale realisieren wie eine Neigungsüberwachung des Senders oder auch eine sogenannte Nullstellungszwangsverriegelung, die beim Einschalten des Senders kontrolliert, ob sich alle Befehlsgeber in Nullstellung befinden.

Während vor Jahren noch überwiegend behördlich koordinierte Frequenzen im 2-m-Band (148 bis 173 MHz) und vereinzelt im 70-cm-Band (410 bis 470 MHz) benutzt wurden, hat sich heute der Fernsteuerbetrieb auf die 70-cm-Band-Frequenzen verlagert. Der Grund dafür ist unter anderem das günstigere Ausbreitungsverhalten dieser Wellenlänge und daraus resultierend die geringere Sendeleistung und der niedrigere Stromverbrauch.

Im 70-cm-Frequenzbereich befinden sich drei Gruppen mit etwa 10 behördlich verwalteten und etwa 30 frei verfügbaren Hochfrequenzkanälen. Während sich die koordinierten Frequenzen der Gruppen B und D für komplexere Funksysteme mit sogenannter Mehrfachausnutzungstechnik bestimmter Frequenzen anbieten und mit Sendeleistungen von bis zu 500 mW arbeiten, sind die 30 Low-Power-Frequenzen der Gruppe F für die Fernsteuerung von Hebezeugen und Maschinen bestens geeignet.

Mit 10 mW Sendeleistung erreicht eine Low-Power-Funkfernsteuerung einen Betriebsradius von etwa 50 bis 100 m. Weiter soll sie gar nicht reichen, denn der Kranführer muss aus Sicherheitsgründen in der Nähe der Last bleiben. Aufgrund der geringen Reichweite kann nun in einem gewissen Abstand die selbe Frequenz zur Steuerung eines weiteren Krans eingesetzt werden.

Möglich ist diese mehrfache Nutzung der verfügbaren Frequenzen durch das hohe Sicherheitsniveau der Digitalelektronik, die eine aktive Beeinflussung der Steuerung sicher verhindert. Die jüngsten Funkfernsteuerungen der Baureihen TC100/200 und EC/40 verfügen über Sende- und Empfangsteile in modernster Synthesizertechnik mit Autoscan-Funktion. Sie ermöglichen einen relativ einfachen Frequenzwechsel über DIP-Schalter auf der Digitalbaugruppe im Sendergehäuse.

Dieses Konzept hat sich nicht nur bei der Optimierung der Frequenzverteilung im Rahmen der Inbetriebnahme als nützlich erwiesen, es ist auch im heutigen Einsatz sehr praktisch: Wenn beispielsweise ein Fernsteuersender für Wartungsarbeiten oder Reparaturen außer Betrieb genommen wird, lässt sich ein – für solche Zwecke bereit stehender – Ersatzsender mit wenigen Handgriffen auf die gewünschte Frequenz einstellen, mit dem unikalen Adresscodierstecker versehen und so für den sicheren Betrieb mit dem Fernsteuerempfänger des Kranes vorbereiten.

Außer Brücken-, Portal- und Schwenkkranen werden in der Meyer Werft auch Maschinen und Anlagen aus der Ferne gesteuert. So kann beispielsweise das Tor des neuen Baudocks via Funk geöffnet und geschlossen werden. Dieses weltweit größte an einem Stück verfahrbare Hallentor ist 50 m breit, 75 m hoch und wiegt über 800 t (Bild 2). Gesteuert wird es über einen Handsender der Baureihe TC100.

Dipl.-Ing. Volker Böckenholt ist Vertriebsingenieur bei Cattron-Theimeg Europe in 41066 Mönchengladbach, Tel. (0 21 61) 62 63-0, info@theimeg.de

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